論文の概要: Bounded-Error Quantum Simulation via Hamiltonian and Lindbladian Learning
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.23392v1
- Date: Fri, 28 Nov 2025 17:33:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-01 19:47:56.004781
- Title: Bounded-Error Quantum Simulation via Hamiltonian and Lindbladian Learning
- Title（参考訳）: ハミルトンおよびリンドブラディアン学習による境界誤差量子シミュレーション
- Authors: Tristan Kraft, Manoj K. Joshi, William Lam, Tobias Olsacher, Florian Kranzl, Johannes Franke, Lata Kh Joshi, Rainer Blatt, Augusto Smerzi, Daniel Stilck França, Benoît Vermersch, Barbara Kraus, Christian F. Roos, Peter Zoller,
- Abstract要約: 本稿では,有界エラー量子シミュレーションのための一般的なフレームワークを紹介する。
これは、実験的に定量的な不確実性を持つ多体観測対象の予測を提供する。
51個のイオンを含む長距離Ising相互作用を実装した捕捉イオン量子シミュレータについて,この枠組みを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7515811671331791
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Analog Quantum Simulators offer a route to exploring strongly correlated many-body dynamics beyond classical computation, but their predictive power remains limited by the absence of quantitative error estimation. Establishing rigorous uncertainty bounds is essential for elevating such devices from qualitative demonstrations to quantitative scientific tools. Here we introduce a general framework for bounded-error quantum simulation, which provides predictions for many-body observables with experimentally quantifiable uncertainties. The approach combines Hamiltonian and Lindbladian Learning--a statistically rigorous inference of the coherent and dissipative generators governing the dynamics--with the propagation of their uncertainties into the simulated observables, yielding confidence bounds directly derived from experimental data. We demonstrate this framework on trapped-ion quantum simulators implementing long-range Ising interactions with up to 51 ions, and validate it where classical comparison is possible. We analyze error bounds on two levels. First, we learn an open-system model from experimental data collected in an initial time window of quench dynamics, simulate the corresponding master equation, and quantitatively verify consistency between theoretical predictions and measured dynamics at long times. Second, we establish error bounds directly from experimental measurements alone, without relying on classical simulation--crucial for entering regimes of quantum advantage. The learned models reproduce the experimental evolution within the predicted bounds, demonstrating quantitative reliability and internal consistency. Bounded-error quantum simulation provides a scalable foundation for trusted analog quantum computation, bridging the gap between experimental platforms and predictive many-body physics. The techniques presented here directly extend to digital quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: アナログ量子シミュレーターは、古典的な計算以上の強い相関多体力学を探求するルートを提供するが、その予測力は定量誤差推定が欠如しているために制限される。
厳密な不確実性境界を確立することは、定性的なデモンストレーションから定量的な科学的ツールまで、そのようなデバイスを高めるのに不可欠である。
ここでは,有界誤差量子シミュレーションの一般的な枠組みを紹介する。
このアプローチは、ハミルトニアンとリンドブラディアン・ラーニング(英語版)、すなわちコヒーレントで散逸的なジェネレータを統計的に厳密に推論し、その不確かさをシミュレートされた可観測物に伝播させ、実験データから直接信頼境界を得る。
本フレームワークは,51イオンまでの長距離Ising相互作用を実装した捕捉イオン量子シミュレータ上で実証し,古典的な比較が可能か検証する。
2つのレベルの誤差境界を解析する。
まず、クエンチ力学の初期時間ウインドウで収集された実験データからオープンシステムモデルを学び、対応するマスター方程式をシミュレートし、理論予測と測定されたダイナミクスの長時間の一貫性を定量的に検証する。
第2に、古典的なシミュレーションに頼ることなく、実験的な測定から直接エラー境界を確立する。
学習したモデルは予測された境界内での実験的な進化を再現し、定量的な信頼性と内部の一貫性を示す。
境界エラー量子シミュレーションは、実験プラットフォームと予測多体物理学の間のギャップを埋める、信頼できるアナログ量子計算のためのスケーラブルな基盤を提供する。
ここで提示されるテクニックは、直接デジタル量子シミュレーションに拡張される。
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